量子点和超表面：纳米世界的深层联系

在人际关系中，随着联系的形成和加强，通过增加共同的记忆，分享更亲密的空间自然会加深这种联系。这一原则不仅适用于人际互动，也适用于工程领域。最近，一项研究发表——展示了利用量子点创建超表面，使两个物体能够存在于同一空间。

来自韩国浦项科技大学（POSTECH）机械工程系、化学工程系和电气工程系的Junsuk Rho教授，以及机械工程系的博士生Minsu Jeong、Byoungsu Ko和Jaekyung Kim，以及化学工程系的博士生Chunghwan Jung，他们采用了纳米压印光刻（NIL）技术来制造嵌入量子点的超表面，从而提高了其发光效率。他们的研究最近发表在国际纳米技术期刊《Nano Letters》的网络平台上。

NIL是一种用于创建光学超表面的工艺，它利用带有图案的模板在纳米（nm）尺度上快速转移复杂的图案。这种方法相较于电子束光刻和其他工艺具有成本优势，并且具有使用传统工艺中不可用的材料创建超表面的优势。

▲（左）使用纳米压印光刻工艺制备发光控制超表面的示意图

（右）评估超表面发光控制性能的实验

最近，超表面因其能够控制量子点发出光的偏振和发射方向的能力而成为广泛研究的焦点。量子点是纳米级半导体粒子，是高效的光发射器，能够在精确的波长下发射光。这使得它们在QLED和量子计算等应用中得到了广泛应用。然而，传统工艺无法将量子点嵌入超表面中。因此，研究通常涉及分别制造超表面和量子点，然后将它们结合起来，这限制了对量子点发光的控制。

在这项研究中，研究人员将量子点与二氧化钛（TiO2）相结合，这种材料用于NIL工艺中，以创建超表面。与传统方法不同，传统方法是在将超表面和量子点分别制造后再进行结合，而这种方法在制造超表面的过程中直接将量子点嵌入其中。

所得的超表面增强了从量子点发射的光子与超表面共振模式耦合的比例。这一进展使得与以前的方法相比，对量子点发出的光的特定方向的控制更为有效。

实验表明，耦合到超表面谐振模式的量子点发出的光子越多，发光效率就越高。研究团队制作的超表面与简单的量子点涂层相比，发光效率提高了高达25倍。

领导该研究的浦项科技大学（POSTECH）教授Junsuk Rho表示：“使用发光可控的超表面将使显示屏更锐利、更明亮，并使生物传感更精确、更灵敏。”他补充说：“进一步的研究将使我们更有效地控制发光，推动纳米光学传感器、光电子器件和量子点显示器等领域的进步。”

该研究得到了POSCO N.EX.T IMPACT、三星未来技术孵化计划、韩国科学与信息通信部中期研究人员计划以及韩国国家研究基金会的支持。